软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究

针对软土地区基坑底土层为饱和软黏土的情况,设计了狭长深基坑的抗隆起离心模型试验,分析不同开挖深度和水位条件下的基坑围护墙弯矩、土压力分布、水平位移以及基坑隆起稳定破坏机制。基于离心模型试验的基本参数和工况,建立了有限元数值模型,分析试验工况基坑的抗隆起稳定性与破坏状态,并进行对比验证。试验结果表明：随着开挖深度和坑外水位的增加,坑底软土层产生向上的隆起变形,当隆起变形较大时,围护墙由于坑内土体侧向约束的减弱,底部产生较大的向坑内的水平位移,同时导致支撑轴力增大,基坑最终表现出围护墙绕某道支撑点向坑内的转动踢脚破坏。数值计算结果表明：随着坑外水位的升高,基坑抗隆起稳定性安全系数逐渐减小,当发生抗隆起稳定破坏时,基坑底产生较大的隆起位移,破坏机制与离心模型试验结果相同。     

桩基存在对基坑坑底变形性状的作用分析

基坑开挖时的卸荷,使土体应力场发生变化,引起坑底土体向上隆起。根据土体变形与模量的关系,探讨桩基的存在对土体模量以及基坑坑底隆起的影响。通过有限元ANSYS计算模拟了基坑开挖的过程,得出了有桩基和无桩基时基坑坑底隆起的趋势,讨论了桩距、桩长、桩荷的影响。计算结果与室内模拟试验得出的结果相同,与现场实测结果基本相符。     

基于压差传感技术的坑底隆起监测方法及应用

针对基坑坑底隆起监测问题,提出了一种基于压差传感技术的坑底隆起监测方法。首先分析了压差传感技术原理,其次介绍了监测系统中的压差传感系统及相应的辅助系统,然后通过模型试验验证了监测系统的温度稳定性,最后将该监测系统应用于工程实践,并对监测结果进行了分析。所得主要结论如下:基于压差传感技术的坑底隆起监测系统通过测点处的液面变化来反映竖向位移。基坑坑底隆起值随着开挖深度的增加而增大;开挖深度较小时,坑底隆起随基坑开挖同时发生和结束;当基坑开挖深度不断增加,坑底隆起随基坑开挖同时发生,并在该层开挖结束后持续增大。开挖相同厚度的土层,深度越深,所引起的坑底隆起越大,坑底土体重新稳定所需要的时间也越长。     

多次冻融后格栅加筋黏土路堤工作性能分析

利用多次冻融后加筋黏土路堤相关试验参数对其进行有限元计算, 确定了加筋黏土结构各初始因素对其工作性能的影响规律, 并利用ABAQUS有限元计算软件对各种计算条件下的位移和应力进行求解, 确定了冻融循环后位移和应力的最大值. 结果显示: 增加加筋黏土路堤中的格栅层数可以减小冻融后加筋路堤的竖向和水平位移及土体剪应力最大值, 且格栅层数的增加对土体变形的影响强于对土体剪应力值的影响. 土体压实度的增大可以减小加筋路堤的竖向和水平位移, 同时引起土中剪应力数值的增大; 土体初始含水率的减小可以减小加筋路堤的竖向和水平位移, 同时引起土中剪应力数值的减小.     

基于三维数值分析的基坑突涌临界水头确定方法

针对既有基坑突涌稳定分析方法存在的问题,采用应变相关修正剑桥模型（SDMCC）,借助FLAC3D软件建立了考虑承压水作用的三维有限差分模型,得到了坑底隆起变形与承压水头Hw之间的关系。随着承压水头的增大,坑底隆起变形分为3个阶段：缓慢匀速变形、加速变形和急剧匀速变形。提出一种确定基坑突涌临界水头Hwcr的数值方法,并将该方法与其他文献临界水头计算结果进行对比。     

软土地区双侧深基坑施工对邻近地铁车站及盾构隧道变形影响的分析

以某软土地区邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑工程为背景,运用ABAQUS数值计算软件对邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑施工进行数值模拟,研究了双侧深基坑施工过程对基坑坑内土体隆起与坑外土体沉降的影响,分析了双侧深基坑施工过程中地铁车站及盾构隧道变形情况,得出地铁车站及盾构隧道变形规律。计算结果表明:基坑内侧土体隆起最大值为54.3 mm;围护结构X向位移最大值为32.8 mm,Y向位移最大值为26.8 mm;车站竖向位移最大值发生在A1区开挖至坑底工况,最大值为6.8 mm,而车站水平位移最大值为7.6 mm;弯矩累计增量最大值155.9 kN·m/m,经计算,施工过程对车站主体结构影响很小;盾构隧道X向水平位移最大值为4.7 mm;而盾构隧道沉降最大值为3.8 mm,发生在A1区开挖至坑底工况。      

基坑内土体加固对悬臂式支护结构的影响分析

在软土地区采用悬臂式支护结构易造成基坑侧向位移过大,工程中常采用坑底加固措施达到减少侧向位移的目的。为了得到坑底加固土体对围护结构的影响规律,首先以弹性地基梁法为基础建立了基坑的有限元模型,利用该模型分析了坑内土体的加固深度及程度对悬臂式围护结构变形及内力的影响。结果表明,悬臂式围护结构的位移随加固深度及程度的增大而减小,而且还存在着临界加固深度及程度;悬臂式围护结构的内力受加固深度及程度的影响较小。因此,合理地确定坑内土体的加固深度及程度既能保证基坑安全,又能够节省工程造价。     

特殊类型基坑变形性状二维有限元分析

不同开挖宽度与深度比条件下基坑围护结构与周围土体的变形特性将发生变化。采用二维有限元方法分析了不同开挖宽度与深度比（L/D）条件下无支撑悬臂开挖基坑的变形性状,详细探讨了开挖宽度与深度比对地表沉降、地表水平位移、坑底隆起、坑底水平位移及围护结构侧向变形的影响。计算结果表明：在基坑开挖深度不变的条件下,地表沉降量、坑底隆起量及坑底水平位移量均随L/D的增加呈非线性增长,开始增长迅速,当L/D达一定值后,数值几乎不再变化;地表水平位移量随L/D的增加先减小后增大;围护结构侧向变形随L/D的增加逐步由顶端内倾型过渡到整体向坑内移动的顶端外倾型。L/D越大,围护结构的整体侧向位移越大。     

基坑潜在隆起破裂面的Dijkstra组合优化搜索法

运用弹塑性有限元程序计算基坑围护结构与土体任意一点在开挖前后的应力状态,根据选定的屈服准则计算其极限状态函数值,通过有限元网格节点及其坐标,采用“人机对话”的优化方法选择坑底最大可能的隆起破裂面的起点和终点,通过Dijkstra算法找出基坑土体最可能发生坑底隆起破坏的潜在破裂面的形状及位置,并求出相应的安全系数。大量数值计算和实测资料表明：潜在破裂面终点的位置对围护桩插入比不敏感,而潜在破裂面起点位置则随围护桩入土深度的增加而逐渐靠近围护桩。搜索法得到的潜在破裂面突破了以往人为给定破裂面形状和极限土压力假定的限制,工程算例证实了基于组合优化Dijkstra算法的潜在破裂面搜索法的有效性和实用性。     

基坑开挖及桩基施工对围护结构变形的影响分析

以北京通州某深基坑工程为例，分析基坑开挖卸荷、基坑锚杆施工、基底CFG桩和抗拔桩施工对基坑围护结构和周边环境的影响。结果表明：基坑围护结构及基坑周边地表随着基坑的开挖、围护锚索和基坑内工程桩的施工出现典型的先上浮后沉降的趋势，应力重新分布现象明显。具体表现为基坑开挖卸荷初期引发围护结构及基坑周边地表上浮，随着基坑开挖深度的增加，在基坑侧向位移和基坑锚索竖向分力作用下，围护结构及基坑周边地表开始下沉；在基坑槽底施工CFG桩和抗拔桩削弱了护坡桩嵌固区被动土压力，基坑降水导致土体有效应力增加，产生附加固结沉降，在基坑地下水渗流的联合作用下，围护结构及基坑周边地表呈现二次加速下沉；基坑开挖和基础桩施工对桩顶水平位移和锚索轴力影响较小。根据分析结果，建议类似基坑增加嵌固深度、调整被动土压力区打桩顺序，将有利于围护结构及基坑周边环境变形控制。     

基于影像源法的基坑开挖对邻近单桩影响简化分析

邻近建筑物进行基坑开挖会使桩基产生附加变形和内力,降低其承载能力,如果桩基变形过大会威胁到上部结构的安全。针对该领域目前存在的三维有限元数值模拟法建模复杂且计算耗时的现状,同时为了充分利用基坑围护位移较易通过现场监测技术获取的优势,提出了基于影像源法的基坑开挖引起邻近单桩变形影响的两阶段简化分析方法。同时,引入了Kerr地基模型,并针对Winkler地基模型进行改进,弥补了Winkler地基不能考虑土体连续性的缺陷。在第1阶段基于影像源法,由基坑围护变形计算基坑开挖引起的土体水平自由场位移;第2阶段分别基于Winkler和Kerr地基模型,将土体自由场位移施加于桩基,建立桩基在被动位移扰动下的微分控制方程,得到基坑开挖对邻近桩基影响的简化解析解,包括基坑开挖引起桩基的水平位移、弯矩和剪力等。将计算结果与既有理论结果、监测数据以及三维有限元数值模拟结果进行对比,取得了较好的一致性,其中基于Kerr地基模型的简化解比基于Winkler地基模型的简化解更为精确。该简化方法可为有效分析基坑开挖对邻近桩基的变形影响提供一定理论依据。     

季节冻融条件下新型筏板地基承载特性的模型试验研究及数值分析

岛状冻土地区地基经历季节冻融后土体强度急剧降低,道路上易产生不均匀沉降现象,本文提出了新型筏板结构用于岛状冻土地区道路。为了研究岛状冻土地区新型筏板地基的承载特性,本文通过对室内新型筏板地基模型进行冻融,采用分级加载试验和数值模拟方法,分析了新型筏板地基的承载特性,及冻胀融沉对地基模型的沉降特性、内部应力分布及筏板应变分布规律的影响。结果表明,新型筏板的承载作用极大地缓解了地基变形量,且整体上减小了一定深度范围内的地基应力,由此说明筏板是作为地基“加固结构”的形式存在;筏板较大的刚度使承受荷载向外围传递,降低了筏板中心位置处地基反力;新型筏板应变呈中间大两边小的U型分布,且纵向应变高于横向应变,说明变形更多地沿筏板纵向传递;冻融对土体结构产生严重破坏,导致地基沉降大幅增加;筏板-土体系统作为荷载的主要载体,当土体强度衰减时,筏板应变随之增大;冻融循环造成地基一定深度范围内应力的增加,与冻融循环作用深度范围一致,且随着荷载水平的增加影响程度愈加显著。此外,数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性,本文数值模拟方法可用于分析新型筏板地基受力特征。     

冻融循环作用下冻结掺和土料动力特性研究北大核心CSCD

冻融循环作用是寒区土体力学性质改变的主要影响因素之一。为研究冻融循环作用下寒区冻结掺和土料的动力特性(包括动变形和动强度),以寒区高土石坝砾石掺和土坝料为研究对象,采用低温振动三轴材料试验机,对不同冻融循环次数(0、5、20次)下的冻结掺和土试样进行不同围压和不同动应力幅值比条件下的低温动力循环三轴试验,探讨冻融循环作用对冻结掺和土料的动应力-动应变关系,体变、滞回曲线,轴向累积应变,动回弹模量,残余应变以及动强度的影响。结果表明:随着冻融循环作用的增加,冻结掺和土料的动应力-动应变曲线和体变曲线逐渐稀疏,且试样达到破坏应变的振动次数呈线性减小。通过对不同冻融循环次数下冻结试样的滞回曲线、轴向累积应变、残余变形的研究,发现冻融循环作用使得试样抵抗变形的能力下降。随冻融循环次数的增加,试样的动回弹模量减小,动强度逐渐降低,试样更容易发生破坏。研究结果较好地解释了冻结掺和土料在冻融循环作用下动力变形的机制,可为基于动力变形控制的寒区工程基础设计提供科学参考。     

堆载对既有桥墩桩基础影响距离分析

软土地基对外部环境的变化非常敏感,附近堆载对高速铁路既有桥墩基础可能产生重大影响,必须加以控制。以某高速铁路典型桥墩为例,建立三维有限元模型,分析了实际情况下堆载对桥墩变位的影响,其结果与实测数据吻合良好;然后变化堆载与桥墩之间的距离,详细地分析了不同距离下堆载对桥墩群桩基础的内力和变位的影响。结果表明:堆载与既有桥墩的距离越远,堆载对桥墩桩基础的内力和变位的影响越小。当堆载距离d小于软土层厚度h的4倍时,随d/h的增加,桥墩水平变位下降迅速;当d/h＞4时,随d/h的增加,桥墩水平变位下降缓慢。堆载与桥墩之间的控制距离取决于堆载规模、软土厚度和埋深、桥梁上部结构正常工作条件下所能容许的最大水平变位。     

水平循环荷载下桩基变形特性的离心模型试验研究

波浪、船舶等长期水平循环荷载作用下,桩基将不可避免地产生附加应力和变形。针对饱和黏土地层,开展离心模型试验研究了船舶系泊水平荷载作用下单桩和群桩的变形特性。发现水平循环加-卸载诱发了桩周土体的塑性变形,进而导致桩身产生了不可恢复的水平位移和弯曲变形。随着循环荷载的增加,单桩和群桩的桩顶最大水平位移和残余水平位移均同时增加,但残余水平位移明显小于最大水平位移。单桩的桩顶残余水平位移与最大位移比值介于0.17～0.22;群桩的桩顶残余水平位移与最大水平位移比值介于0.30～0.84。水平循环加-卸载作用下,桩身残余弯曲应变明显小于最大弯曲应变。单桩的残余弯曲应变与最大弯曲应变比值介于0.13～0.50;群桩的桩身残余弯曲应变与最大弯曲应变比值介于0.23～0.82。群桩前桩的残余和最大弯曲应变明显大于后桩,前桩与后桩的最大弯曲应变、残余应变比值分别高达3.2和3.1。因此,前桩要采取合理的加固和保护措施,以确保桩基长期服役的安全性。     

不同荷载条件下冻土融化沉降过程试验研究

融沉是困扰多年冻土区工程建设与安全运营的关键因素之一。通过室内试验,针对两种初始干密度不同的青藏粉质黏土,在-8~24 ℃之间正弦波动的周期温度边界条件下,分别开展了无荷载、静荷载及动荷载作用下冻结饱和试样的融沉试验（试样的初始温度为-1 ℃）,研究了试样内部温度、变形、孔隙水压力的时间变化过程。结果表明：温度边界相同时,在不同荷载作用下试样内部温度响应过程差异显著,反映了荷载对冻土融化速率的影响。在无荷载作用下,试样的竖向变形呈线性发展趋势,每次冻融过程中的融沉变形变化不大。在静荷载和动荷载作用下,试样的竖向变形呈先快速增加后逐渐稳定的趋势,且融化沉降变形主要发生在前3~4个冻融循环过程。试验结束时,在静、动荷载作用下试样最终变形量大于无荷载作用下,且干密度较小时竖向变形较大。在动荷载作用下,试样内部孔隙水压力变化幅度大于静荷载,且在前3次冻融循环过程中,动荷载作用下试样内部孔隙水压力消散数值大于静荷载,之后随着冻融循环次数的增加两者差异逐渐减小。试样融沉变形过程与温度变化、孔隙水压力的积累和消散过程密切相关。试验结果可为复杂边界条件下融化固结理论研究和工程中地基土体的融沉变形预测提供依据。     

模拟季节冻土层影响的冻土墙模型试验

在季节冻土环境中使用人工冻结法时,由于季节冻土层与人工冻土共同存在,在前者影响下人工冻土墙的水平位移和制冷能量消耗与无季节冻土层时有显著不同。在改装的试验台上,通过使用水平冻结管形成季节冻土,用竖向冻结管形成冻土墙,施加水平荷载,模拟了6种季节冻土层温度条件下冻土墙的形成与开挖过程,以研究季节冻土层对冻土墙耗能、受力和变形性能的影响。结果显示,与无季节冻土层的情况相比,季节冻土层温度为-12 ℃时可减小冻土墙水平位移达8.79 mm,约占墙体总位移的52%,耗能量可减小40.4%。试验结果证明季节冻土层对冻土墙的影响不容忽视,在工程中应充分考虑季节冻土层的节能效应和变形约束能力。     

逆作基坑开挖卸荷对工程结构的影响分析

以天津站交通枢纽深基坑工程为背景,基于开挖实测资料和数值模拟计算结果对比,对超深逆作基坑开挖卸荷引起的立柱桩隆沉、地下连续墙变形和层板变形进行了分析。结果表明,随着基坑的开挖,立柱桩与地连墙在竖直方向有一定隆起,中间柱的隆起量总体偏大;立柱桩间、立柱桩与地连墙间的差异变形随开挖的加深而持续增加,后者超过了设计控制预警值。地连墙水平位移沿深度呈近似的“弓形”曲线,坑口处有向坑外的侧移;水平位移最大值较顺作开挖小,出现的位置约为基坑开挖面以上1/2~1/3坑深处,与顺作法发生在基底开挖面附近有显著不同。水平层板竖向变形以隆起为主,最大竖向隆起出现在顶板中间区域的支撑柱附近。与此同时,文中还讨论了桩柱变形设计控制标准问题。     

冻融循环对不同塑性指数路基土弹性模量的影响研究

在季节性冻土区,不同状态（塑性指数,围压等）路基土在通车运营期间经历冻融循环后,其物理力学性质会发生变化,但目前针对冻融循环对其的影响研究还不够广泛和深入,不能给季冻区路基设计提供准确的数据支持,故路基设计时并未将这种变化考虑其中,只取设计前期所采土样的试验值。取季节性冻土区3种不同塑性指数路基土,在室内采用最佳含水率制备成最大压实度试样,在封闭条件下经历0～7次完整冻融循环过程后,进行不同围压下的三轴压缩试验,在偏应力-应变曲线中通过直线段应力-应变关系得到弹性模量数据,结果表明,同种土相同冻融循环次数下,弹性模量随围压增加而增加;相同围压下弹性模量随冻融循环次数基本呈下降趋势。采用指数函数对所有弹性模量数据进行多元非线性拟合,建立不同塑性路基土弹性模量与围压及冻融循环次数的关系,拟合效果理想,可为缺乏相关资料的季冻区路基设计提供参考。     

粉砂土反复冻胀融沉特性试验研究

针对深季节冻土区的特殊环境,通过室内试验研究了粉砂土在不同初始含水率、干密度、荷载、冻融次数条件下的反复冻胀、融沉特性。研究结果表明：粉砂土的冻结温度为-1.03 °C;其冻胀融沉变形随冻融次数的增加呈现波浪式起伏变化,并最终趋于稳定状态;经历多次冻融后,干密度较大试样整体表现为膨胀,干密度较小试样整体表现为压密;上部荷载在抑制冻胀的同时加大了试样的整体融沉变形,却降低了每次冻融的冻胀率和融沉系数;存在一个最优初始含水率,该含水率条件下,试样经历多次冻融后的高度不发生变化;由于外界水源的补给,冻融后试样内部含水率均大于初始含水率;干密度和顶端荷载的增大均有效地抑制了外界水源的补给;4次冻融循环后,粉砂土的冻胀率、融沉系数均逐渐趋于稳定。